序言
PREFACE
今天，21世纪已经过去五分之一。在这20年的时间里，我们的世界发生了深刻变革。从没有一场变革如此让我们振奋：科技的迭代与颠覆交替进行，其速度与频率之快犹如一条“疯狗”，追得我们连喘口气的时间都没有。
我们见证了“量子霸权”的实现，见证了引力波被证实，见证了人工智能战胜人类围棋冠军。一切变化悄无声息，却又不期而遇，深刻影响并重塑我们的生活。不知从何时开始，我们几乎不再用书信交流了，取而代之的视频通话成为日常，移动支付无所不在，电池技术的进步让新能源汽车成为普通人的座驾，自动驾驶技术让无人驾驶车辆行驶在道路上……虚拟现实、量子科技、机器人、石墨烯、新能源、3D打印等新技术、新材料层出不穷，令人眼花缭乱。
信息革命，开启了网信时代。世界日益成为端到端的数字连接的世界：人、机、物三元世界互联互通，认知、物理、信息域三域互动，更加凸显了网罗一切、虚实融合、协同共享、时空压缩、深入智能五个特点，呈现出高度不确定、不稳定和更加复杂的特点。
网信时代，彰显了连接的强大力量。节点因为自己的独特价值而被连接，具有自主性和竞争力。节点可以是一名优秀的科学家、一个科研院所、一个企业，甚至是一个区域、一个国家。任何一个节点都强调独特的价值、自主性和竞争力，由此增加被连接的机会，为世界创造更大的价值。与节点相比，连接更强调其连接的力量，连接的协同性和吸引力。没有力量，连接就不存在；没有协同性和吸引力，就难以构成生态，吸引有价值的节点加入。
网信时代全球连接、演进发展、能力涌现的体系性特征日益凸显，引领产业基础高级化和产业链现代化。例如，半导体价值链在每个环节差不多有25个国家作为直接供应链参与其中，23个国家作为支撑性职能参与其中；一个消费类电子产品的核心芯片，差不多在100多天里跨越70多次或者更多次国际边界，其中包括3次完整的环球旅行。
体系是相互依赖的系统的集成，通过这些系统的关联与连接来满足一个既定的能力需求。去掉组成体系的任何一个系统都将会在很大程度上影响体系整体的效能或能力。每一个体系都有自己的运行独立性、管理自主性、物理分布性、能力涌现性、发展进化性。每个系统不应干预其他系统内部的运行，而应更多关注系统相互之间的关系。系统的连接催生能力的涌现，多元能力的叠加产生更为强大的能力，推进科技创新的持续演进。
如果对下一个20年进行展望，科技的未来在哪里？
对此，有人十分悲观且沮丧。几乎所有的科技进步都是在已有理论上的应用和改进。像牛顿力学、爱因斯坦相对论一样的重大突破还未现端倪。像电磁理论、量子理论一样的重量级理论也未出现。就连划时代的发明也已经很久远了。我们距离第一台计算机的发明已经70多年了。美国经济学家、乔治梅森大学经济系教授泰勒· 考恩在其畅销书《大停滞》一书中谈到，从20世纪70年代开始，人类的科技进入了一个“高位停滞期”。人类许多的重大科技发明，像电、电话、汽车、火车、飞机、打字机、照相机、药品器材等发明都是在1940年以前完成的。“我们的今天除了看上去很神奇的互联网之外，广义的物质生活层面并没有比1953年强很多。”
其实大可不必如此悲观。因为连接的力量为科技创新提供源源不断的动力。20世纪90年代末，受制于干式微影技术的限制，摩尔定律的延续被卡在光刻机的193纳米的光源波长上面。2002年台积电的工程师林本坚提出“浸润式光刻”技术方案，顺利将制程拓展到如今的5纳米，并向着3纳米、2纳米极限挺进。
在需求导向中解决问题，在解决问题中发现新的需求，问题导向与需求导向相互促进，引领着科技创新的根本方向。
在芯片领域，中国一直沿着制程的高速路“玩命奔跑”，目前已成功实现了14纳米的突破，但是7纳米、5纳米如何办犹未可知。一旦遇到外部封锁，就好像高速公路突然被掘断了，我们只能在路上干等着。
其实，制程这条路终将遇到物理的极限而被关闭。这是一个世界共同面对的问题：摩尔定律失效后怎么办！摩尔定律，是一条芯片朝着更高精度的工艺线方向发展规律的总结。1965年摩尔提出摩尔定律时，他的原文第3页上还有另外一个计划，现在成为美国创新的主流：围绕材料与集成、系统架构和电路设计三大支柱领域开展一系列创新性研究。在材料与集成领域，探索在无需缩小晶体管尺寸的情况下，利用新材料的集成突破现有集成电路性能难以提升的瓶颈；在系统架构领域，寻求利用通用编程结构，通过软/硬件协同设计构建专用集成电路；在电路设计领域，探索新的集成电路设计工具和设计模式，并以较低成本快速构建专用集成电路。
当既有技术路线走向极限时，意味着拐点即将出现。以前，我们沿着别人修建的高速公路往前跑，却发现公路突然断了头。为什么我们不能自己设计建造公路呢？
未来20年，科技创新的发展一定取决于三个要素的共同作用，即连接的力量、创新的方向与明晰的技术路线。中国作为一个科技大国，就是要按照习近平总书记所说的，面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，通过自主创新，选择自主的技术路线和技术体制，聚焦优势领域打造长板，发挥节点的独特作用，彰显自主性和竞争力。同时，也要发挥中国这个科技大国的连接的力量，开放包容、互惠共享，为世界贡献更多的创新成果；在开放合作中提升自身科技创新能力，使我国成为全球科技开放合作的广阔舞台，不断为世界的创新价值链赋能，与世界分享中国智慧和力量。
一切又将重新开始。探索无尽、未来已来！
中国工程院院士：吴曼青
二〇二一年二月五日于北京